小梅哥和你一起深入學(xué)習FPGA之初學(xué)者指南

發(fā)布時(shí)間:2016-4-13 21:20    發(fā)布者:小梅哥
關(guān)鍵詞: FPGA , nios , SOPC , 小梅哥 , 芯航線(xiàn)
感謝論壇給我的諸多照顧,通過(guò)和廣大電子愛(ài)好者深入交流,我真正了解到了很多初學(xué)者的困惑。特權同學(xué)的深入淺出玩轉FPGA系列教程確實(shí)不錯,想當初,我也是靠著(zhù)他的視頻教程入門(mén)的。跟著(zhù)特權同學(xué)的教程,我們能夠很快學(xué)會(huì )QuartusII軟件的使用,也能夠做一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗。但是跟著(zhù)他的教程走了大半年,后來(lái)又跟著(zhù)黑金的教程走了大半年,還有CrazyBingo的VIP教程。感覺(jué)他們都很厲害,能夠做出那么優(yōu)秀的設計,可是自己卻一直不得要領(lǐng),出了問(wèn)題就是找不到原因,不知道怎么去解決。直到我在業(yè)界幾位大師的帶領(lǐng)下系統的學(xué)習了一段時(shí)間后,我才真正的能夠自己進(jìn)行獨立的FPGA系統設計?偨Y我這一年半時(shí)間的FPGA學(xué)習經(jīng)歷,有以下心得:
一、正確的設計方法尤為重要
    很多初學(xué)者,包括絕大多數的高校EDA課程,都沒(méi)有教給學(xué)生正確的設計方法,可以這么說(shuō),很多高校的授課老師對這門(mén)技術(shù)的掌握也是連入門(mén)的要求都沒(méi)達到,他們要么干脆不知道要仿真,要么就用Quartus II自帶的繪制波形的仿真軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的測試,很少有老師教學(xué)生怎么去進(jìn)行系統的仿真,更少有老師教學(xué)生進(jìn)行testbench的編寫(xiě)。前天接觸一個(gè)進(jìn)行EDA教學(xué)的老師,課程實(shí)驗要求里面說(shuō)了要進(jìn)行仿真,但是他不要求學(xué)生仿真,究其原因,他自己說(shuō)的是因為他自己不會(huì )寫(xiě)testbench。每天在各大論壇,有那么多的學(xué)生在網(wǎng)上咨詢(xún)著(zhù)一些入門(mén)級的問(wèn)題,讓我們不得不嗟嘆,很多大學(xué)的課程教學(xué),是很失敗的。我以前自學(xué)FPGA的時(shí)候,也覺(jué)得testbench的編寫(xiě)特別的難,想跟人學(xué),卻沒(méi)有人教。導致一直止步不前,對自己所寫(xiě)的代碼,執行時(shí)會(huì )是怎么樣一個(gè)效果,心里完全沒(méi)有一個(gè)清晰的概念。即那時(shí)候的學(xué)習,還只停留在代碼層,完全沒(méi)有理解FPGA的工作實(shí)質(zhì)。只是看著(zhù)別人這么寫(xiě)能行,我也就這么寫(xiě)了。當后來(lái)學(xué)會(huì )了仿真之后,突然一下子就全部理解了,知道了自己的每一行代碼生成的電路在執行的時(shí)候會(huì )是什么情況,知道了FPGA時(shí)序設計的本質(zhì),知道了怎么通過(guò)仿真結果去修改和優(yōu)化自己的設計。因此,這里我主要就是想說(shuō),FPGA設計并不難,只要學(xué)習者掌握了正確的學(xué)習方法。
二、學(xué)習參考很重要
    在開(kāi)始學(xué)習的過(guò)程中,總會(huì )遇到各種各樣的困難:軟件使用不熟練、語(yǔ)法不熟練、基本原理不熟練等等,都會(huì )嚴重打擊初學(xué)者的積極性。那么針對這三個(gè)問(wèn)題,小梅哥的建議則是:軟件不熟練,就跟著(zhù)視頻教程一步一步走,Altera官網(wǎng)有一套視頻教程,這些教程由官方出品,具有極高的參考價(jià)值,另外,目前網(wǎng)上很多FPGA愛(ài)好者也出了有視頻教程,如果只是想單純的學(xué)習軟件的使用,跟著(zhù)這些視頻教程來(lái)走是非常適合的;語(yǔ)法不熟練,就需要去看書(shū)了,目前講verilog語(yǔ)法的書(shū)滿(mǎn)天飛,但是實(shí)際又有多大的價(jià)值呢。個(gè)人認為,夏宇聞老師的經(jīng)典教材《Verilog數字設計教程》絕對是一本好書(shū)。這本書(shū)將Verilog語(yǔ)法的精髓講的淋漓盡致,對于可綜合語(yǔ)法和不可綜合語(yǔ)法都很看重,這是其他教材所無(wú)法達到的。雖然做FPGA設計,代碼必須能夠是可綜合的,這樣才能生成有意義的電路,才能被下載到FPGA芯片中去執行。因此,絕大部分教材就只講了可綜合的設計語(yǔ)法,對于不可綜合的語(yǔ)法,只是簡(jiǎn)單的一帶而過(guò),這其實(shí)是非常錯誤的觀(guān)點(diǎn)。正確的FPGA設計流程,應該是在開(kāi)發(fā)環(huán)境中仿真無(wú)誤后才進(jìn)行板級驗證,而在仿真的過(guò)程中,要想使仿真結果能夠全面可靠,不可綜合的語(yǔ)法運用相當重要。只有運用好了這些語(yǔ)法,我們才能夠編寫(xiě)出好的測試文件,對我們的設計進(jìn)行全面的測試。因此,那些認為不可綜合語(yǔ)法不重要的人,大部分對于仿真測試這一塊沒(méi)有深刻的認識。因此,他們也就無(wú)法進(jìn)行很多創(chuàng )新設計和復雜的系統設計。對于連基本電路原理都不熟悉的人,小梅哥就感覺(jué)有點(diǎn)無(wú)能為力了,只能希望你自己能夠多多在網(wǎng)上查閱資料,將基本原理弄清楚。小梅哥從小學(xué)六年級拆開(kāi)自己一臺嶄新的復讀機,接觸花花綠綠的電路板開(kāi)始,到如今,也已經(jīng)有了十多個(gè)年頭,這十年,小梅哥無(wú)時(shí)不刻不在被電子技術(shù)的強大魅力所吸引,義無(wú)反顧的投入到電子技術(shù)的學(xué)習中。電子技術(shù)的學(xué)習,需要激情,需要耐力。
給初學(xué)者的學(xué)習建議:
  • 最開(kāi)始不要急于求成,一定要掌握正確的設計流程和設計方法,這里應該強烈要求大家使用modelsim-Altera軟件對我們的編寫(xiě)代碼進(jìn)行仿真,而不是簡(jiǎn)單的“代碼編寫(xiě)》編譯》下板測試》修改代碼”的方式,正確的方式應該為“代碼編寫(xiě)》功能仿真調試》編譯》門(mén)級仿真》下板測試”。仿真第一可以節約時(shí)間,第二可以讓我們對FPGA內部的信號工作時(shí)序有非常清晰的認識,使我們能以最快的速度掌握FPGA的設計思想,第三可以培養自主設計能力;
  • 初學(xué)者,可能需要花費半個(gè)月左右的時(shí)間,每天寫(xiě)代碼,甚至是抄代碼,來(lái)熟悉語(yǔ)法。在這個(gè)過(guò)程中,一定會(huì )遇到各種各樣的問(wèn)題,大家肯定會(huì )遇到語(yǔ)法錯誤、符號錯誤、設計錯誤。即使沒(méi)有錯誤,代碼寫(xiě)好后也無(wú)法實(shí)現預期的效果,此時(shí),最簡(jiǎn)單有效的方式就是在論壇提問(wèn),相信論壇上會(huì )有很多高手在這里。小梅哥實(shí)在不算是高手,但是我作為版主,也會(huì )天天在論壇里回答各種提問(wèn)。
  • 依葫蘆畫(huà)瓢,這個(gè)過(guò)程大家可以對著(zhù)我們開(kāi)發(fā)板提供的教程和代碼,依葫蘆畫(huà)瓢,來(lái)了解各種外設的驅動(dòng)原理。我們的開(kāi)發(fā)板所提供的代碼都是只是簡(jiǎn)單的提供了對外設的功能驗證,也是為了使初學(xué)者能夠盡快的掌握。因此,當各位學(xué)習有一定感悟后,就可以開(kāi)始著(zhù)手自己修改、優(yōu)化我們的代碼,甚至重新編寫(xiě)屬于你自己的代碼;
  • 創(chuàng )新設計,此時(shí),大家可以尋找手邊現有的器件,如各種接口的ADC,傳感器,來(lái)使用FPGA編寫(xiě)驅動(dòng),實(shí)現功能。當這一步完成后,大家就基本步入了FPGA開(kāi)發(fā)的大門(mén)。此時(shí),也就達到了FPGA初學(xué)者的水平。

建議的FPGA學(xué)習實(shí)驗順序:
基本外設:
  • 按鍵
  • 數碼管
  • 蜂鳴器

時(shí)序器件:
  • ADCTLC549
  • DACTLC5620
  • PS2鍵盤(pán)
  • UART串口
  • IICAT24C64
  • SPI協(xié)議

存儲器IP的使用:
  •        FIFO
  •        RAM
  •        ROM
  • ……


綜合實(shí)驗,將上面的一些外設,采用自頂向下的結構,設計一些綜合實(shí)驗,來(lái)實(shí)現自己的創(chuàng )意。
以上為FPGA初級班課程的學(xué)生需要達到的要求。更多資料請大家隨時(shí)關(guān)注論壇FPGA板塊中的資料更新。

如有任何疑問(wèn),歡迎加入芯航線(xiàn)FPGA學(xué)習支持群(472607506)進(jìn)行討論

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